Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Втулки цилиндров

Поверхность блока цилиндров используется в качестве рабочей только в некоторых автомобильных и тракторных двигателях с небольшим диаметром цилиндра. У большинства современных двигателей жидкостного охлаждения цилиндр, где перемещается поршень, выполняется в виде мокрой втулки, омываемой снаружи охлаждающей жидкостью, либо в виде сухой гильзы, устанавливаемой по всей длине цилиндра или в верхней его части, где наблюдается максимальный износ (рис. 280).
Втулка, называемая иногда гильзой, занимает среди тепло-напряженных деталей двигателя особое место как по выпол-
няемым функциям, так и по предъявляемым к ней требованиям. Обеспечение только одной прочности втулки, несмотря на всю важность этого требования, недостаточно для длительной и надежной работы двигателя.
Сухие гильзы толщиной 2-4 мм (рис. 280, в, г) запрессовывают или устанавливают с зазором 0,01-0,04 мм. Небольшая толщина сухих гильз обусловливает при их применении экономию качественных материалов, однако повышенное термическое сопротивление контактной поверхности между гильзой и блоком ухудшает теплоотвод от цилиндра в охлаждающую жидкость. Вследствие этого в форсированных двигателях, как правило, применяют мокрые гильзы-втулки, обеспечивающие лучшую теплопередачу и легко заменяемые в случае повреждения. Кроме того, при их использовании упрощается литье блока цилиндров. Однако жесткость блока уменьшается, появляется дополнительная возможность для развития кавитационных явлений в полости охлаждения в результате повышенных вибраций мокрых втулок.
В зависимости от способа установки в блоке цилиндров можно выделить втулки, опирающиеся буртом на верхнюю плиту блока, и так называемые подвесные, когда втулка, соединенная с крышкой цилиндра относительно тонкими шпильками, образует с последней узел, закрепляемый в корпусе основными силовыми шпильками.
Первый вид втулок наиболее распространен и применяется в двигателях всех типов. Конструкция втулки должна обеспечить, с одной стороны, невысокий уровень напряжений от монтажных усилий и газовой нагрузки, а с другой-умеренный уровень температур и температурных напряжений.
Перспективными признаны конструкции втулок, имеющие систему сверленных отверстий, по которым охлаждающая жидкость близко подводится к горячей поверхности втулки. Такие конструкции используются прежде всего в крупных судовых дизелях при их форсировании по ре (рис. 281). В зависимости от назначения и типа двигателя конструкции втулок цилиндров имеют ряд особенностей.
В автомобильных и тракторных дизелях применяют мокрые втулки, отливаемые из чугуна, с верхним опорным фланцем (см. рис. 280, а, б и 282). Опорная площадь фланца, ограниченная диаметрами Dl и /)2, составляет 8-15% площади поршня. При этом давление от сил затяжки шпилек, крепящих головку цилиндра к блоку, на кольцевой поверхности — D2) не должно превышать 380-420 МПа для чугунных и 140-180 МПа для алюминиевых блоков. С увеличением разности D2 - РЛ повышается напряжение изгиба в верхнем поясе. Высота h фланца составляет 7-10% диаметра цилиндра D.
Для повышения герметичности газового стыка на фланце втулки выполняют кольцевой буртик шириной 2-5 мм, выступающий над плоскостью блока на величину 8, достигающую 0,15 мм и зависящую от типа уплотняющей прокладки и диаметра цилиндра. Основное усилие приходится на зону выступающего буртика, где контактное давление достигает 145-200 МПа и часто неравномерно распределено по окружности. В результате этого искажается форма рабочей поверхности
Сохранение правильной формы втулки, обеспечение износостойкости ее рабочей поверхности, а также кавитационно-коррозионной стойкости охлаждаемой поверхности при надежном уплотнении газового стыка и полости охлаждения являются определяющими условиями надежной эксплуатации двигателя в пределах заданного ресурса.
Организация охлаждения является одной из наиболее важных проблем, которую приходится решать при проектировании втулок, особенно при высоком уровне форсирования по ре.
цилиндра и снижается работоспособность цилиндро-поршневой группы, увеличивается расход масла.
В некоторых карбюраторных двигателях, где меньше усилия, действующие на втулку, ее опорный фланец иногда значительно смещают от верхней плоскости блока (рис. 282, б, в). При этом уменьшается температура верхней части втулки и соответственно поршневых колец.
Для правильной установки в блоке и сохранения формы при работе втулку центрируют по двум направляющим поясам, при этом диаметр верхнего пояса несколько больше, чем нижнего, в котором для обеспечения удлинения втулки при работе предусматривается зазор 0,05-0,13 мм по свободной посадке. Уплотняют полости охлаждения специальными резиновыми кольцами обычно только по нижнему направляющему поясу. Выполненные из тепло-, масло- и водостойкой резины круглые или прямоугольные в сечении кольца вставляют в канавки, проточенные по наружной поверхности нижнего пояса. Обычно устанавливают два (рис. 282, б) или ури (рис. 280, а, б) кольца. В последнем случае прямоугольное верхнее кольцо большей высоты препятствует изнашиванию и кавитации в зоне нижнего уплотняющего пояса.
Интенсивность кавитации, приводящей к разрушению цилиндров, снижают при помощи ряда мероприятий: уменьшают зазоры между поршнем и втулкой; специально профилируют юбку поршня; используют замкнутую систему охлаждения; повышают стойкость поверхностей путем их химико-термической обработки; увеличивают проходные сечения охлаждающей полости, а также используют эмульсионные присадки, и, наконец, повышают жесткбсть втулки и закрепляют ее более прочно. Повышение жесткЪсти достигается применением упрочняющих ребер на наружной поверхности втулки, так как при увеличении толщины ее стенки повышается тепловая напряженность. Для предотвращения этого в условиях форсирования двигателей по ре и п увеличивают интенсивность теплоотдачи в охлаждающую жидкость в результате улучшения гидродинамики потоков в зарубашечном пространстве.
Распространенная продольно-диагональная схема (рис. 283, а) обтекания имеет ряд недостатков, выражающихся в снижении интенсивности теплоотдачи в верхней наиболее нагретой части втулки, большой неравномерности температурного поля втулки и опасности возникновения объемного кипения в застойных зонах. На рис. 283,6 представлена исследованная в НАТИ схема с верхним подводом охлаждающей жидкости и поперечным обтеканием. Основное отличие этой схемы заключается в наличии кольцевой щели с радиальной шириной (0,03-0,04) Д которая является верхней частью полости охлаждения. Данная схема обеспечивает допустимый уровень температур во втулке (150-160°С) при форсировании дизелей до 22,5 кВт/л, а также более равномерное распределение температур по длине и периметру втулки.

Втулки форсированных тепловозных и судовых двигателей характеризуются высокой тепловой и механической напряженностью. Для втулок этих двигателей еще большее значение приобретают интенсификация охлаждения и повышение износостойкости рабочей поверхности цилиндров. На рис. 284, а показана втулка подвесного типа двухтактного двигателя
ДН 23/30. Охлаждающая полость образована внутренними поверхностями стенок блока и наружной поверхностью самой втулки. В этой конструкции дорогостоящий блок подвержен коррозии, снижающей в 1,8-2 раза его сопротивление усталости, что является недостатком подобной конструкции. На рис. 284, б представлена втулка с рубашкой четырехтактного двигателя. Оба варианта втулок относятся к подвесному типу и разработаны Коломенским тепловозостроительным заводом.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.